Transcript 関根康人 東大

タイタン探査の魅力
関根康人（東京大学 ・ 新領域）
杉田精司 ・ 石丸亮 ・ 今中宏 ・ 松井孝典
S. Lebonnois, B.N. Khare, C.P. McKay
1月28日 国際共同木星総合探査計画LAPLACE・WG会合
タイタンとは？
• 土星系最大の衛星（半径=2600km）⇔ 火星:3400km
• 窒素とメタン(数％)の大気（地表1.5 bar）
• 地表温度：～93 K （メタンの海？）
• オレンジ色の有機物エアロゾル ⇒ 地表の様子不明
Cassini/Huygens探査 (2004–)
Cassini Orbiter: レーダー, VIMSによる地表マッピング
Huygens probe: 地表面着陸
⇒ 明らかになってきた地表状態
タイタンの地表：赤外マッピング(VIMS)
③液体の湖の発見
night
⑤低温火山？
④氷の砂丘
①河川地形
Xanado
Huygens
着陸地点
②南極・巨大雲の発生
(Barnes et al. in press)
･水氷の高地(大陸) ･全球的な海はない ･若い地表
(Lorenz et al. in press)
(Porco et al. 2005)
(Lorenz et al. 2007)
① 河川地形：Huygens着陸機
● 着陸地点付近（上空 10km, 6.5km）
● 着陸地点
河川地形
昔の海岸線？
2.5 km
15cm
雲
丸石
(Tomasko et al. 2005)
・かつて(＜100万年)液体が大規模に流れた？
・高地の侵食と低地への堆積 (Niemann et al. 2005)
・メタンの湿地
② 南極(夏極)の巨大雲(メタン)
・地上望遠鏡による赤外観測
・Cassini探査機のレーダー観測
メタンの雲
(Brown et al. 2002)
大規模な流水地形
(Porco et al. 2005)
・夏極で大規模な雲（活発なメタンの蒸発）
・中緯度に集中した流水地形 ⇔ 大気大循環モデル
(Rannou et al. 2006)
③ 北極域(冬極)のメタンの湖
400 km
④ 赤道域の氷の砂丘
90 N
tidal wind
zonal wind
0
ナミブ砂漠（地球）
90 S
⇔
・赤道域の暗い領域の多くは
砂丘・乾燥地域
・風向も推定
(Lorenz et al. 2006)
100 km
⑤ 低温火山（？）
カルデラの
ような地形
(Sotin et al. 2005;
Lopes et al. 2007;
Lunine et al. in press)
筋状にのびる雲
大気・地表の
メタンを供給？
地表環境のまとめ
タイタンは、人類がようやく見つけた
“生きている（物質循環のある）”天体である
メタンの凝縮（湖）
大気循環
メタン循環
火成活動？
乾燥地域+湿地
（堆積物・砂丘）
水氷の大陸
(風化・浸食）
メタンの蒸発
タイタンに関する重要な問題
• 地表環境の安定性・進化
・タイタンは４５億年間、今の姿だったのか？
• 大気の起源・進化
・窒素大気の起源 ・メタンの源は？
・液体メタンの総量はどれくらいか？
• 有機分子はどこまで複雑化しているのか？
・エアロゾルの組成、構造は？
地表環境の安定性
・メタンの温室効果 （正のフィードバック）
・エアロゾルの反温室効果
太陽光
90％をカット
地表温度決定
メタン枯渇
低温火山(メタン供給)
太陽光度上昇
全球凍結状態？
温度 ~ 60K
(Lorenz et al. 1997)
太陽光度上昇
湿潤な現在の
タイタン
暴走温室状態？
(McKay et al. 1999)
土星磁気圏の重要性
・大気へのエネルギー源の比較
土星磁気圏の
荷電粒子
・土星磁気圏とタイタン
タイタン
土星磁場（太陽風）変動によって、
タイタン地表環境は大きく影響を受ける
・長期進化（10億年スケール）
・中期変動（100年スケール）
(Sagan & Thompson 1984)
地表環境の安定性：エアロゾルの役割
(Sekine et al. 2008a, b)
• 水素原子(H)の行方
C4H2
エアロゾル
気相3体反応
H
H2
紫外線、荷電粒子
C4H10
• エアロゾル表面反応
CH4
(Yung et al. 1984; Bakes et al. 2003)
⇒ 実験データ
がない
• 1-D光化学モデル
• 実験装置
模擬タイタン
エアロゾル
(CxHyNz)
低温ポンプ
（150-300K)
ガス分析
Diffusion
pump
D2 gas
D atom
irradiation
Cold plasma
(D2 → 2D)
赤外分光分析
H2(HD)生成率 ・カッシーニの観測(C4H2)と調和的
(Sekine et al. 2008a, b)
・エアロゾルの材料分子が増加
エアロゾル生成がメタンの
正のフィードバックのブレーキ？
メタン濃度増加、地表温度増加
エアロゾル密度上昇
水素原子の除去、不飽和分子増加
さらにエアロゾル密度上昇
地表温度低下、メタン濃度低下
(Sekine et al. 2008a, b)
砂丘が語る？大気の歴史
90 N
インターデューン
基盤岩
アメリカ
デスバレー
0
レーダーサウンダー ⇒ 堆積物層の厚さ(量)
100 km
堆積物の量/有機物生成率 ⇒ 形成時間
（～大気の存在時間）
・砂丘の粒子：有機物多、水氷少
有機物氷＋エアロゾル
・基盤岩：高地に近い組成
(Barnes堆積物
et al., in press)
H2O-rich crust
CH4-C2H6 地下湖？
90 S
ポスト・ホイヘンス：着陸機のねらい
• 砂丘に堆積した“砂”を採取
⇒有機物氷、エアロゾル組成・構造は？
• 大陸地殻の組成は？
⇒初期分化、材料物質
• 湖の組成は？
• 低温火山の活動は？メタンフラックス
2012 – Back to Titan
まとめ：タイタン探査の魅力
• タイタンは生きている（物質・大気循環や
気候のある）天体である
• その地表環境の形成・進化・安定性を知る
ことは面白い、またそれらは惑星気象学
(陸惑星、ハビタビリティー)、
惑星システム進化学の理解にもつながる